|
Центр Земли представляет собой планету внутри планеты
|
|
|
|
В центре Земля представляет собой твердый металлический шар, своего рода «планету внутри планеты», существование которой делает возможной жизнь на поверхности, по крайней мере, в том виде, в каком мы ее знаем. Как внутреннее ядро Земли формировалось, росло и развивалось с течением времени, остается загадкой, которую команда исследователей из Университета Юты пытается разгадать с помощью сейсмических волн от естественных землетрясений. Хотя эта сфера диаметром 2442 километра составляет менее 1% от общего объема Земли, ее существование связано с магнитным полем планеты, без которого Земля была бы совсем другим местом. Но внутреннее ядро — это не однородная масса, как когда-то предполагали ученые, а скорее похоже на гобелен из разных «тканей», по словам Гуаньнина Панга, бывшего доктора философии. студент кафедры геологии и геофизики университета.
|
|
|
|
«Впервые мы подтвердили, что такого рода неоднородность находится повсюду внутри внутреннего ядра», — сказал Панг. В настоящее время исследователь Корнеллского университета с докторской степенью, Панг является ведущим автором нового исследования, опубликованного в журнале Nature, которое открывает окно в самые глубокие уголки Земли. Он провел исследование в рамках своей докторской диссертации. диссертацию в Юте. «Наше исследование заключалось в том, чтобы попытаться заглянуть внутрь внутреннего ядра», — сказал сейсмолог университета Кит Копер, который руководил исследованием. «Это похоже на пограничную область. Каждый раз, когда вы хотите изобразить внутреннюю часть чего-либо, вы должны убрать поверхностные эффекты. Так что это самое сложное место для создания изображений, самая глубокая часть, и есть еще вещи, которые о нем неизвестны. "
|
|
|
В этом исследовании использовался специальный набор данных, созданный глобальной сетью сейсмических групп, настроенных для обнаружения ядерных взрывов. В 1996 году Организация Объединенных Наций учредила Подготовительную комиссию Организации Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ОДВЗЯИ) для обеспечения соблюдения международного договора, запрещающего такие взрывы. Его центральным элементом является Международная система мониторинга (МСМ), включающая четыре системы обнаружения взрывов с использованием передовых измерительных приборов, расположенных по всему миру. В то время как их цель состоит в том, чтобы обеспечить соблюдение международного запрета на ядерные взрывы, они дали кладезь данных, которые ученые могут использовать, чтобы пролить новый свет на то, что происходит в недрах Земли, океанах и атмосфере. Эти данные облегчили исследования, которые освещали взрывы метеоритов, идентифицировали колонию карликовых синих китов, давали более точные прогнозы погоды и давали представление о том, как образуются айсберги.
|
|
|
|
В то время как поверхность Земли была тщательно нанесена на карту и охарактеризована, ее внутреннюю часть гораздо труднее изучить, поскольку к ней нельзя получить прямой доступ. Лучшим инструментом для обнаружения этого скрытого царства являются сейсмические волны землетрясений, распространяющиеся от тонкой коры планеты и вибрирующие через ее скалистую мантию и металлическое ядро. «Планета образовалась из астероидов, которые как бы срастались [в космосе]. Они сталкиваются друг с другом, и вы генерируете много энергии. Таким образом, вся планета, когда она формируется, тает», — сказал Копер. «Просто железо тяжелее, и вы получаете то, что мы называем формированием ядра. Металлы опускаются в середину, а жидкая порода снаружи, а затем со временем практически замерзает. Причина, по которой все металлы находятся там, в том, что они тяжелее камней». В течение последних нескольких лет лаборатория Копера анализировала сейсмические данные, чувствительные к внутреннему ядру. Предыдущее исследование, проведенное Пангом, выявило различия между вращением Земли и ее внутреннего ядра, которые могли вызвать сдвиг продолжительности дня в 2001–2003 годах.
|
|
|
|
Ядро Земли, диаметр которого составляет около 4300 миль, состоит в основном из железа и некоторого количества никеля, а также из нескольких других элементов. Внешнее ядро остается жидким, обволакивая твердое внутреннее ядро. «Это похоже на планету внутри планеты, у которой есть собственное вращение, и она отделена от этого большого океана расплавленного железа», — сказал Копер, профессор геологии, который руководит сейсмографическими станциями U of U или UUSS. По его словам, защитное поле магнитной энергии, окружающее Землю, создается конвекцией, происходящей внутри жидкого внешнего ядра, которое простирается на 2260 километров (1795 миль) над твердым ядром. Расплавленный металл поднимается над твердым внутренним ядром, охлаждается по мере приближения к каменистой мантии Земли и опускается. Эта циркуляция порождает полосы электронов, окутывающие планету. Без твердого внутреннего ядра Земли это поле было бы намного слабее, а поверхность планеты подвергалась бы бомбардировке радиацией и солнечными ветрами, которые срывали бы атмосферу и делали поверхность непригодной для жизни.
|
|
|
|
Для нового исследования команда изучила сейсмические данные, записанные 20 группами сейсмометров, размещенными по всему миру, в том числе двумя в Антарктиде. Ближайший к Юте находится за пределами Пайндейла, штат Вайоминг.Эти инструменты вставляются в скважины, пробуренные до 10 метров в гранитных образованиях, и располагаются в виде шаблонов для концентрации принимаемых сигналов, подобно тому, как работают параболические антенны. Панг проанализировал сейсмические волны от 2455 землетрясений, все магнитудой более 5,7, что соответствует силе землетрясения 2020 года, потрясшего Солт-Лейк-Сити. То, как эти волны отражаются от внутреннего ядра, помогает определить его внутреннюю структуру. Меньшие землетрясения не генерируют достаточно сильные волны, чтобы их можно было использовать для исследования. «Этот сигнал, который возвращается из внутреннего ядра, действительно крошечный. Размер порядка нанометра», — сказал Копер. «То, что мы делаем, — это ищем иголку в стоге сена. Так что эти детские отголоски и отражения очень трудно увидеть».
|
|
|
|
Ученые впервые использовали сейсмические волны, чтобы определить, что внутреннее ядро было твердым, в 1936 году. До открытия датского сейсмолога Инге Леманн предполагалось, что все ядро было жидким, поскольку оно чрезвычайно горячее, приближается к 10 000 градусов по Фаренгейту, примерно как температура на Солнце. поверхность. В какой-то момент истории Земли внутреннее ядро начало «зарождаться» или затвердевать под сильным давлением, существующим в центре планеты. Остается неизвестным, когда начался этот процесс, но команда U извлекла важные подсказки из сейсмических данных, которые выявили эффект рассеяния, связанный с волнами, проникающими внутрь ядра. «Наше самое большое открытие заключается в том, что неоднородность имеет тенденцию быть сильнее, когда вы углубляетесь. По направлению к центру Земли она имеет тенденцию быть сильнее», — сказал Панг. «Мы думаем, что эта ткань связана с тем, как быстро росло внутреннее ядро. Давным-давно внутреннее ядро росло очень быстро. Оно достигло равновесия, а затем начало расти гораздо медленнее», — сказал Копер. «Не все железо стало твердым, поэтому внутри могло остаться жидкое железо». В исследовании приняли участие исследователи из Университета Южной Калифорнии, Нантского университета во Франции и Лос-Аламосской национальной лаборатории.
|
|
|
|
Источник
|
